Вертикальные двусторонние фотоэлектрические системы против наклонных фотоэлектрических систем: какая из них на самом деле работает лучше?

Большинство солнечных электростанций ориентированы на юг и нацелены на пиковую выработку электроэнергии в полдень. Однако все большее количество рецензируемых исследований показывает, что вертикальные двусторонние панели — установлен вертикально, обращен на восток и запад — превосходят традиционные наклонные системы в конкретных и важных условиях. Вот что показывают данные на практике, и когда каждый подход имеет смысл.

Во-первых, что мы сравниваем?

Традиционные солнечные панели устанавливаются под углом, обычно обращенным на юг в северном полушарии, чтобы улавливать как можно больше прямого солнечного света в полдень. Это называется... наклонная монофациальная система, И это является отраслевым стандартом на протяжении десятилетий.

А вертикальная двусторонняя система Используется совершенно иной подход. Панели установлены вертикально — под углом ровно 90 градусов — и одновременно обращены на восток и запад. Они улавливают утренний свет с одной стороны и вечерний свет с другой. Поскольку панели двусторонние, они вырабатывают энергию с обеих сторон одновременно.^[1]

Сравнение важно, потому что эти два типа систем не просто отличаются внешне. Они вырабатывают энергию в разное время суток, по-разному реагируют на погоду и подходят для принципиально разных условий местности.

Что на самом деле показывают исследования

В 2023 году исследователи Гадир Бадран и Махмуд Димиш в Йоркский университет Проведено первое полномасштабное эмпирическое исследование коммерческой вертикальной двусторонней системы в условиях британского климата, результаты которого опубликованы в [ссылка на статью]. Научные отчеты в августе 2024 года.^[2] В период с февраля 2023 года по январь 2024 года на одной и той же крыше одновременно велось наблюдение за тремя системами:

В отличие от наклонной системы, вертикальная двусторонняя установка показала заметно более высокую производительность во всех протестированных сезонах и временных интервалах.^[2]

В один из высокоэффективных дней мая вертикальная двусторонняя система показала следующие результаты: 4,92 кВт·ч — примерно на 25,381 ТТ3Т больше чем наклонная система в течение того единственного дня.^[3] Моделирование с помощью вычислительной гидродинамики подтвердило незначительную подъемную силу при скорости 27,2 м/с (~98 км/ч).^[2]

Почему вертикальные двусторонние антенны лучше работают в высоких широтах

🌅 Проблема угла наклона солнца

Великобритания находится между 50°N и 60°N широты. Зимой солнце восходит низко — часто всего на 10–20 градусов над горизонтом. Наклонная солнечная панель, обращенная на юг, предназначена для улавливания высокого полуденного солнца, но в британские зимы это полуденное солнце слабое. Вертикальная панель, ориентированная с востока на запад, геометрически лучше выровнена для улавливания утреннего и дневного света под низким углом. Именно поэтому преимущество зимы является наибольшим сезонным приростом в данных.^[2]

☁️ Рассеянный свет — это стандарт в Великобритании.

В среднем по Великобритании этот показатель составляет всего около 1000–1200 солнечных часов в год.^[4] Преобладают пасмурные и рассеянные условия. В таких условиях, как показало исследование Йоркского университета, вертикальные двусторонние системы сохраняли приблизительно одинаковый уровень освещенности. 60% пиковой мощности, в то время как стоимость обычных солнечных панелей упала примерно до... 35%.^[2]

⚡ Преимущества сети с удвоенной пиковой нагрузкой

Традиционные наклонные панели вырабатывают один пик энергии в полдень — когда в сети достаточно электроэнергии, а цены часто самые низкие. Вертикальные двусторонние системы, ориентированные с востока на запад, производят два пика: один раз утром (05:30–09:00) и один раз вечером (17:00–20:30). Это соответствует потребностям домохозяйств в отоплении, приготовлении пищи и зарядке электромобилей.^[5]

Исследование из Лейпцигский университет прикладных наук (HTWK Leipzig) Подтверждено, что такой измененный профиль генерации снижает потребность в газовых пиковых электростанциях и уменьшает необходимую мощность накопителей электроэнергии, согласно моделированию энергетической системы Германии на 2030 год.^[5]

💡 Ключевой экономический момент: Анализ, проведенный в Великобритании, показал, что дополнительная ежегодная экономия составит приблизительно 1221 фунт стерлингов за 1500 кВт·ч базового тарифа, при этом используется предположение о тарифе в размере 0,28 фунтов стерлингов/кВтч, обусловленное, главным образом, согласованием вертикальной системы с периодами генерации электроэнергии в утренние и вечерние часы с более высокой себестоимостью.^[6]

Где вертикальные двусторонние фотоэлектрические системы обеспечивают наибольшую выгоду

🏭 Сценарий 1: Коммерческие крыши в высоких широтах

Великобритания, Ирландия, Норвегия и Шотландия являются наиболее перспективными рынками. Низкий угол наклона солнца зимой и частая облачность благоприятствуют вертикальной двусторонней геометрии. Белая гравийная или белая мембранная кровля Расположение солнечных панелей под ними максимизирует отражение с обратной стороны и усиливает двустороннее усиление.^[3]

🌿 Сценарий 2: Плоские крыши с требованиями к озеленению

Вертикальные солнечные панели не препятствуют попаданию дождя или растительности. Первая коммерческая установка компании Easy Solar в США — 100 кВт, Куинс, Нью-Йорк, апрель 2026 г. — была изменена с наклонной на вертикальную компоновку в соответствии с приоритетами Департамента охраны окружающей среды Нью-Йорка в отношении эффективности зеленых крыш. Ожидаемая годовая урожайность: приблизительно 120 000 кВт·ч.^[7]

🌾 Сценарий 3: Агровольтаические системы

Вертикальные ряды, ориентированные с востока на запад, позволяют стандартной сельскохозяйственной технике свободно перемещаться между секциями. Исследование Орхусского университета 2025 года (Энергетическая взаимосвязьПодтверждено, что вертикальные двусторонние панели вырабатывают электроэнергию, не снижая урожайность сельскохозяйственных культур, при этом панели покрывают лишь около 101 тонны 3 трлн тонн площади поля.^[8]

• Урожайность пшеницы и клевера составила сопоставимо с результатами в открытом поле
• Панели действуют столь же эффективно. ветрозащитные экраны, уменьшая испарение и защищая урожай.
• 18–26% требуется меньше земли против раздельного использования солнечной энергии и сельскохозяйственных угодий
• Совместимо с стандартные зерноуборочные комбайны и тракторы

❄️ Сценарий 4: Снегопад и холодный климат

Снег естественным образом соскальзывает с вертикальных панелей — никаких засыпанных снегом панелей, никаких потерь урожая зимой. Исследования NREL показывают, что двусторонние панели на сильно отражающих снежных поверхностях могут увеличить годовую выработку энергии на 11 до 27%.^[9] Наибольшую выгоду получают скандинавские страны, Канада и альпийские регионы Европы.

🏗️ Сценарий 5: Звукоизоляционные барьеры и фасады из интегрированных в здание фотоэлектрических элементов.

Вертикальные двусторонние панели одновременно выполняют функции шумозащитных барьеров и генераторов электроэнергии. Задача 13 проекта IEA-PVPS Отмечается, что двусторонние панели, расположенные вблизи концов массивов барьерного типа, получают дополнительное преимущество за счет беспрепятственного доступа к задней поверхности.^[10] Что касается фасадов зданий, то в исследовательских документах содержится приблизительно следующее: 25% — более высокая годовая выработка электроэнергии по сравнению с аналогичными монофациальными установками.^[11]

Агровольтаика: подробный анализ

Агровольтаика — сочетание выработки солнечной энергии с активным производством продуктов питания — является одним из наиболее быстрорастущих направлений применения вертикальных двусторонних панелей. Ряды панелей располагаются параллельно рядам посевов, и стандартная сельскохозяйственная техника может беспрепятственно проезжать между ними.

Исследование Орхусского университета показало, что посевы пшеницы и смесей травы и клевера между вертикальными панелями дают урожай, сопоставимый с урожаем, получаемым при выращивании в открытом грунте. Хотя вертикальная конфигурация обеспечивает примерно одинаковый урожай. 13% — это на меньший совокупный годовой объем потребления электроэнергии, чем в системе с наклонным расположением., Благодаря этому, профиль выработки электроэнергии лучше соответствует спросу, с пиками утром и вечером.^[8]

В журнале IEEE Journal of Photovoltaics, посвященном моделированию с использованием данных о погоде из Мерседа, Хьюстона, Денвера и Майами, было обнаружено, что обращенный на юг вертикальная двусторонняя система с заземляющим отражателем достигает 112 до 121% от годовой выработки стандартной односторонней системы с наклоном 20°. Без отражателя выработка падает до 82–941 ТТ3Т.^[13]

The Университет Вермонта В своем научно-исследовательском и образовательном центре садоводства в Южном Берлингтоне компания проводит испытания вертикальной двусторонней агровольтаической системы мощностью 50 кВт — это одно из первых полевых исследований подобной конфигурации для овощных культур в масштабах США.^[14]

Первоначальные затраты против долгосрочной окупаемости

Расчеты стоимости основаны на дополнительном анализе, проведенном Йоркским университетом. В Великобритании стоимость коммерческих солнечных электростанций обычно составляет 800–1200 фунтов стерлингов за кВт.^[15]

Разница в затратах сокращается, если учесть три фактора:

1. Сокращение расходов на техническое обслуживание — Вертикальные панели самоочищаются под дождем, устойчивы к загрязнениям и не требуют оборудования для регулировки наклона. Пятилетние затраты оказались примерно на 301 тыс. тонн ниже, чем у аналогов с наклонными панелями.^[3]
2. Поколение более высокой ценности — На электроэнергию, потребляемую утром и вечером, распространяются повышенные тарифы в зависимости от времени суток. Каждый произведенный кВт⋅ч может стоить дороже, а не просто больше.
3. Двойное использование земель — В случае агровольтаики или зеленых крыш одна и та же площадь одновременно приносит пользу как сельскому хозяйству, так и энергетике.

Когда наклонные системы по-прежнему побеждают

Вертикальные двусторонние панели — не всегда оптимальное решение. Вот когда традиционные наклонные системы остаются лучшим выбором:

• 🌞 Регионы с низкой широтой и высокой интенсивностью солнечного излучения (Южная Испания, Ближний Восток и Северная Африка, страны Африки к югу от Сахары) — одноосевые трекеры или наклонные стационарные антенные решетки обеспечивают превосходную годовую доходность там, где преобладает среднедневное значение прямой солнечной активности.^[17]
• 🏠 Скатные крыши, обращенные на юг — Крыша уже обеспечивает оптимальную ориентацию относительно солнца; вертикальная установка требует внесения изменений в конструкцию и, как правило, приводит к снижению общего количества вырабатываемой энергии.
• 💰 Жилищные проекты с ограниченным бюджетом В более теплых регионах Великобритании надбавка в размере ~331 тыс. рупий за три такта электроэнергии сложнее компенсировать без тарифов, зависящих от времени суток.
• 🌑 Участки с плохим альбедо грунта — Голая почва (альбедо 0,15–0,25) недостаточна для полного использования преимуществ тыльной стороны двусторонней поверхности.^[16]

Как независимые органы оценивают доказательства

• 📋 Задача 13 проекта IEA-PVPS В статье отмечается, что вертикальные массивы, ориентированные с востока на запад, “особенно подходят для двусторонних фотоэлектрических технологий”, ссылаясь на согласование профиля нагрузки, низкий уровень загрязнения и преимущества совместного использования земельных участков.^[10]
• 📊 Журнал фотовольтаики IEEE Моделирование подтверждает, что системы с вертикальными двусторонними поверхностями, обращенными на юг, и отражателями соответствуют или превосходят показатели наклонных односторонних систем в различных климатических зонах США (112–121%).^[13]
• 🌾 Орхусский университет (2025) Обеспечивает проверку в реальных условиях умеренного климата: отсутствие потерь урожая, более точное соответствие профиля генерации потребностям.^[8]
• 🔬 Моделирование HTWK Leipzig Подтверждается потенциал сокращения выбросов CO₂ до 10,2 миллионов тонн в год в Германии за счет широкого внедрения вертикальных двусторонних фасадов.^[5]

Итог для B2B-покупателей и системных проектировщиков

Вертикальные двусторонние фотоэлектрические панели — это не нишевая новинка. Это... действительно иная стратегия выработки энергии — оптимизированы для согласования спроса, а не для пиковой выработки, для рассеянного света, а не для прямых солнечных лучей, и для многоцелевого размещения на суше, а не для узкоспециализированных систем.

Наиболее убедительный случай — это когда три условия совпадают: а) Высокоширотный регион (50° северной широты и выше), а потребность в утреннем и вечернем производстве, и а отражающая поверхность земли или крыши. Когда присутствуют все три фактора, данные о производительности убедительны, и экономическое обоснование подтверждается.

Для компаний, занимающихся солнечной энергетикой, архитекторов и застройщиков, ориентированных на... Великобритания, Ирландия, Скандинавия, Северная Европа или Канада — и особенно для агровольтаики, интегрированных в здания фотоэлектрических систем или проектов с плоскими крышами в городской коммерческой застройке — вертикальные двусторонние солнечные панели заслуживают серьезного внимания в процессе проектирования.

Ссылки и примечания

1. Двусторонние солнечные модули вырабатывают энергию как с передней, так и с задней поверхности ячеек. При вертикальной ориентации с востока на запад передняя поверхность одновременно улавливает утреннее излучение, а задняя — послеполуденное.
2. Бадран, Г., и Дхимиш, М. (2024). “Комплексное исследование эффективности вертикальных двусторонних фотоэлектрических систем: пример Великобритании”.” Научные отчеты 14, 18380. DOI: 10.1038/s41598-024-68018-1. nature.com | База данных исследований Йорка
3. Журнал PV (15 апреля 2026 г.). pv-magazine.com. Снижение затрат на техническое обслуживание за 5 лет (~30%) на основе дополнительных данных, связанных с [2].
4. Ежегодное количество солнечных часов в Великобритании: климатическая статистика Метеорологического управления Великобритании. metoffice.gov.uk
5. Рекер, С. и др. (2022). “Интеграция вертикальных солнечных электростанций в будущую энергетическую систему Германии”.” Интеллектуальная энергетика 7, 100069. HTWK Лейпциг. DOI: 10.1016/j.segy.2022.100069. sciencedirect.com
6. Экономический анализ исследования Йоркского университета [2] с использованием дополнительного моделирования. Тариф 0,28 GBP/кВтч и базовый тариф 1500 кВтч являются иллюстративными. Фактическая экономия варьируется в зависимости от местного тарифа и альбедо.
7. Over Easy Solar NYC (Куинс, Уиллетс-Пойнт), апрель 2026 г. pv magazine USA. pv-magazine-usa.com
8. Виктория, М. и др. (2025). “Вертикальная агровольтаика в умеренном климате”.” Энергетическая взаимосвязь 19, 100526. DOI: 10.1016/j.nexus.2025.100526. pure.au.dk
9. Исследование характеристик двухсторонних снеговых покрытий, проведенное NREL (2020). nrel.gov
10. Задача 13 проекта IEA-PVPS (2021). “Двусторонние фотоэлектрические модули и системы”.” iea-pvps.org (PDF)
11. Годовой прирост мощности двусторонних фасадов составляет ~251 ТТ3Т по сравнению с односторонними: Soria et al. (2015), цитируется в Li, Z. et al. (2021). Солнечная энергия 227. DOI: 10.1016/j.solener.2021.07.082. sciencedirect.com
12. Риаз, М.Х. и др. (2021). “Оптимизация вертикальных двусторонних фотоэлектрических ферм для эффективных агровольтаических систем”.” Солнечная энергия 230, 1004–1012. agrisolarclearinghouse.org
13. Рейган и Куртц. “Энергетическое сравнение вертикальных двусторонних и наклонных односторонних солнечных панелей”.” Журнал IEEE по фотовольтаике. Примечание: 112–121% относится к обращенный на юг Вертикальный отражатель + наземный отражатель, а не восточно-западный. PDF предоставлен AgriSolar Clearinghouse
14. Агровольтаические испытания в Университете Вермонта (NE SARE, проект LNE22-454R). site.uvm.edu/agrivoltaics
15. Стоимость коммерческих солнечных электростанций в Великобритании составляет от 800 до 1200 фунтов стерлингов за кВт. nu.energy. Вертикальная двусторонняя премия ~33% представляет собой оценку, полученную в результате дополнительного анализа исследования Йоркского университета.
16. Значения альбедо грунта: Марион, Б. (2021). Солнечная энергия 215, 321–327. DOI: 10.1016/j.solener.2020.12.067.
17. Родригес-Галлегос, CD и др. (2020). “Глобальные технико-экономические показатели двухсторонних и отслеживающих фотоэлектрических систем”.” Джоуль 4 (7), 1514–1541. DOI: 10.1016/j.joule.2020.05.005.